セラミックスの高靭化に関する基礎的研究

1986 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 61470073
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 西田 俊彦 京工繊大, 工芸学部, 助教授 (30027809)
• Keywords: ウイスカー強化セラミックス / 複合材料 / 破壊靭性 / 破壊エネルギー / 引き抜き効果 / シェブロンノッチ / 高温破壊 / エンジニアリングセラミックス

Research Abstract

セラミックスの脆性を克服するために、炭化ケイ素ウイスカーを分散させた複合焼結体を作製し、室温から1400℃までの温度範囲にわたっての破壊靭性,有効破壊エネルギー値を評価した。このような複合セラミックスが高靭性を発揮するためには、ウイスカーとマトリックス材との均一な混合が不可欠である。本研究では、まず湿式混合粉末をロータリーエバポレータで急速に減圧乾燥する手法を導入し、ウイスカーの擬集や損傷を極力抑えて易焼結性の造粒粉体を作製できることを明確にした。また従来から指摘されてきたように、セラミックウイスカーの混合は複合焼結体の緻密化を阻害する。種々の割合でウイスカーを複合化させた場合について、ホットプレス法を導入して充分緻密化させたモデル試片を作製すると共に、普通焼成条件下における密度の測定を行い、その際の焼結助剤の添加効果についても検討した。得られた焼結体の有効破壊エネルギーを比較すると、室温付近では複合焼結体の値が単味の焼結体のそれのせいぜい2倍程度となり、その時の高靭化の機構はクラックの偏向によるものであった。いっぽう複合焼結体の破壊エネルギーは1000℃以上で上昇し、例えば1400℃では単味の焼結体を約1桁程度に向上した。その時の高靭化の機構は、昇温に伴なうマトリックス相とウイスカーの弾性率の差、ならびに炭化ケイ素ウイスカーとマトリックスとの界面の低下によって生じるウイスカーの引き抜き効果によるものであった。
以上のような複合系のセラミック材料の高靭化の機構をより定量的に評価するために、従来から熱衝撃損傷抵抗を大きくすることによって実用化に成功してきた耐火物を使って、弾塑性破壊力学的な手法で解析を行い、上述のウイスカー複合セラミックスの破壊挙動との比較検討を行っている。

Research Products

• [Publications] 西田俊彦: 粉体および粉末冶金. 36. 257-261 (1986)
• [Publications] 西田俊彦: 材料. 36. 17-21 (1987)
• [Publications] 西田俊彦: 窯業協会誌.
• [Publications] 西田俊彦: 材料.
• [Publications] 西田俊彦,安田栄一 編著: "セラミックスの力学的特性評価" 日刊工業新聞社, 250 (1986)
• [Publications] 西田俊彦: "セラミック工学ハンドブック" 技報堂出版(株),